基于PLC控制的病床呼叫系统设计与应用*

黎一强

（罗定职业技术学院，广东云浮 527200）

0 引言

病床呼叫是医院每张病床不可或缺的一个贴心服务功能[1]，它能及时准确地将病人的求助信息通知到医护人员[2]，使病人得到快速准确的帮助。为了保障病人的生命安全，避免医疗事故及纠纷，所以病床呼叫系统一定要稳定可靠，准确及时快速传递呼叫信息[3]，而且要求便于操作。

目前病床呼叫系统大多采用单片机控制技术[4]，但单片机控制的病床呼叫系统，采用低压电力线传输信号时，需要考虑信息衰减、滤波、电平转换等问题[5]，控制系统的硬件设计及软件开发较复杂，故障率高；采用无线传输呼叫信号时，无线电波会对其他医疗器械造成干扰[6]，信号也容易受到干扰而报错；单片机控制系统的功能不易扩展，抗干扰能力差，不能持续稳定地长时间工作，要实现人机界面比较困难[7]。本系统采用PLC作为病床呼叫系统的核心控制器，控制系统抗干扰能力强，能稳定地长时间工作，操作方便，维护容易，易于扩展，能友好地实现人机界面，并能准确记录存放数据，减少医患纠纷。

1 呼叫系统功能要求

以一层楼一个护士站管控20张病床的呼叫系统为例，分析其主要功能。

（1）控制系统为了方便病人使用，每张病床只设置一个操作按钮，该按钮具有自锁功能。当病人需要求助时，按下该按钮实现求助呼叫。医护人员接到呼叫信号过来查床时，松开该按钮消除该床位的呼叫信号。

（2）护士站设置在楼层的中间位置，站内设有该站管控的所有床位的指示系统，每张病床都有一个对应编号的LED指示灯。当病床发出呼叫信号时，对应编号的LED指示灯发亮，呼叫信号消失则对应的LED指示灯熄灭。例如13号病床有呼叫信号，13号LED指示灯发亮；13号病床呼叫信号解除，则13号LED指示灯熄灭。

（3）护士站设有总的灯光及声音报警信号，当有任何病床发出呼叫信号时，马上发出灯光及声音报警信号提醒医护人员。护士站内设有消声器按钮，当医护人员接到报警信号后，按下消声按钮可以解除声音报警，但不能解除灯光报警，当有新的病床发出呼叫请求时，又发出声音报警信号。当所有病床都没有呼叫请求时，灯光报警及声音报警信号自动解除。

（4）在护士站楼道的正上方，用2个LED数码管显示有呼叫信号的病床编号，1个显示病床号的个位数，另1个显示十位数。如果有多张病床发出呼叫请求信号，则这些病床编号循环在数码管上显示出来，便于楼道内的医护人员快速获得病人的求助信息。

（5）在医生值班室设有人机界面，让值班医生随时监测病人的呼叫信息，护士站没人值守时，值班医护人员可第一时间获悉病人的求助信息。医生值班室也有声光报警系统，该声光报警系统与护士站的声光报警系统进行并联，功能与控制要求一样，不占用PLC的控制资源。

2 系统硬件设计

2.1 PLC选型

某医院某护士站实际管控20张病床位，根据医院提出的控制功能，为了便于病人操作，要求每张病床实现一键操作呼叫功能，需要20个呼叫输入按钮及1个消声输入按钮，系统有共21个输入信号，需要用到21个PLC输入点。因为床位编号LED指示信号灯的功率很小，系统改变传统采用PLC输出点驱动的方式，将床位指示LED信号灯与输入按钮串联，采用外接24 V开关电源供电，当输入按钮被按下时，对应编号的LED指示信号灯就构成闭合回路被点亮。根据控制要求本系统要驱动2个七段数码管，1个声音报警器及1个发光报警器，共需要PLC16个输出点。根据上述分析，呼叫系统选择三菱FX3u-48MR的PLC作为核心控制器，有24个输入点及24个输出点，并选用昆仑通态TPC1561Hi触摸屏作为人机界面，该屏为15"（约38 cm） TFT液晶屏，分辨率为1 024 768。

表1 PLC输入端子分配表

2.2 PLC输入端子分配

PLC输入端子分配如表1所示。

2.3 PLC输出端子分配

PLC输出端子分配如表2所示。

表2 PLC输出端子分配表

2.4 PLC的I/O接线图

PLC的I/O接线图如图1所示。

2.5 人机界面设计

系统选用昆仑通态TPC1561Hi触摸屏作为人机界面，MCGS可视化的图形功能可以方便地建立所设计的各种画面[8]。为了便于值班医护人员实时监测病人的求助信息，人机界面可显示所有病床的呼叫状态，采用标签构件制作病床编号的显示框，显示框设置可见度属性，关联PLC程序中病床对应编号的M值，当M=1则对应显示框可见，表示该病床发出呼叫信号，人机界面总设计图如图2所示；系统运行时，没有病人发出求助信号，人机界面上不会显示病床的编号，当有病人发出求助信号时，如2、9、13、17、20号病床发出呼叫信号的人机界面如图3所示。

图1 PLC的I/O接线图

图2 人机界面总设计图

图3 有病床呼叫的人机界面

2.6 人机界面与PLC实时数据建立与组态

实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，通过它将工程的各个部分连接成有机的整体[9]。系统人机界面构件与PLC程序软元件关系如表3所示。

表3 人机界面构件与PLC程序软元件关系表

3 系统程序设计

3.1 工作流程图

该系统开始工作时，利用PLC的M8012产生一个0.1 s的脉冲，利用这个脉冲信号去循环逐步扫描检测每个病床的呼叫信号。如果某张病床或多张病床发出呼叫信号，呼叫病床的编号立即在护士站的呼叫病床指示系统及医生值班室的HML上显示出来，并发出声光报警信号；所有发出呼叫信号的病床编号在楼道的数码管循环显示；按下消声按钮，消除声音报警信号，当有新增呼叫信号时，又再次发出声音报警信号；消除所有病床呼叫信号时，消除灯光报警信号，如此循环工作，工作流程图如图4所示。

图4 工作流程图

3.2 程序设计

进行系统程序设计时，首先将程序拆分成具有基本功能的程序模块[10]，如系统程序设计分为病床呼叫信号存放电路、循环扫描检测病床呼叫信号电路、呼叫病床显示电路、声光报警电路等，然后将这些基本的功能模块进行组合，使之衔接成一个完整的程序[11]。

3.2.1 呼叫信号的处理

呼叫系统为了实现一键呼叫功能，便于病人及医护人员的使用，简化程序的编写，采用带自锁功能的呼叫按钮。由输入电路可见，当呼叫按钮按下去时，对应的LED灯发亮，在病床及护士站都安装一个对应的LED灯，以提示病人及医护人员；当松开该按钮时，对应的LED灯熄灭。参考梯形图程序如图5所示，PLC输入继电器的地址是采用八进制编码，K5X1为X1～X24共20个输入信号的位串，采用双字传送指令DMOV，将输入信号存放在辅助继电器K5M1中，作为对应病床号的呼叫标志位。

图5 呼叫信号处理程序

3.2.2 循环扫描检测呼叫信号

采用M0V0作为病床的编号，采用M8012上升沿作为0.1 s的步进信号，用INC V0指令实现病床编号的逐一增加，当没有病床呼叫信号时，病床呼叫信号标志位M50为0，V0的数值每0.1 s就自动加1，即是每0.1 s检测一张病床的呼叫信号。当有病床呼叫信号时，病床呼叫信号标志位M50为1，M50的常闭触点断开，切断0.1 s的步进信号，将发出呼叫信号的病床编号显示出来，T0为呼叫病床号显示的时间，当显示时间到，又开始下一张病床的扫描。当V0的值大于或等于21时，V0的值自动清零，即又开始一个周期的扫描检测工作。图6所示为循环扫描检测呼叫信号的程序。

图6 循环扫描检测呼叫信号程序

3.2.3 信号显示电路

当检测到有呼叫信号时，系统要求将发出该信号的病床编号在楼道数码管上显示出来。本系统采用2个数码管显示有呼叫信号的病床编号，1个显示个位数，另1个显示十位数。发出呼叫信号的病床编号存放在D0中，D0是由个位、十位数组成的2位数，不能用七段译码SGED指令直接将它显示出来。编程时用要先用BCD指令将D0的二进制编码变换为BCD码存放在D1中，提取D0.0～D0.3这4个二进制编码存放在K1M100中，这是呼叫编号的个位数；提出D0.4～D0.7这4个二进制编码存放在K1M104中，这是呼叫编号的十位数，再用七段译码SGED指令将它显示出来即可。图7所示为呼叫信号显示程序。

图7 呼叫信号显示程序

3.2.4 报警电路

系统设有灯光及声音报警信号，当有任何病床发出呼叫信号时，Y21驱动报警指示灯光，及Y20驱动报警蜂鸣器提醒医护人员，按下消声按钮X0或人机界面的M52按钮可以解除声音报警，但不能解除灯光报警，当有新的病床发出呼叫请求时，又发出声音报警信号。当所有病床都没有呼叫请求时，灯光报警及声音报警信号自动解除，图8所示为报警梯形图程序。

图8 报警程序

4 结束语

本文呼叫控制系统采用赋值的方法来采集呼叫信号，简化了使用驱动指令采集输入信号的处理办法；用输入回路来驱动LED指示灯，也减少了占用PLC输出触点的资源；巧妙地采用变址寄存器来改变病床的编号，使编程更加简洁，特别对于更多床位的控制系统，这种编程方法的优势就更加明显。通过实践证明该呼叫系统工作稳定，运行可靠，能准确及时快速传递呼叫信息。